توليد پودر كاربيد كروم (2Cr3C) به روش هاي سنتز احتراقي و مكانوشيميايي

ابوالفضل اميركاوئي*1 و علي سعيدي2
مربي، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه آزاد اسلامي واحد نجفآباد
استاد، دانشگاه صنعتي اصفهان
*abolfazlamirkaveh@gmail.com
( تاريخ دريافت: 28/09/1388، تاريخ پذيرش: 17/01/1389)

چكيده
در اين تحقيق سنتز احتراقي و مكانوشيميايي كاربيد كروم 2Cr3C با استفاده از پودرهاي اكسيد كروم، آلومينيوم و كربن انجام گرديد. مشخصه يابي محصولات تشكيل شده با استفاده از دستگاه پراش اشعه ايكس (XRD) صورت پذيرفت. بررسي ها در مورد سنتز احتراقي نشان داد كه بدون فعالسازي مكانيكي، تنها واكنش آلومينوترمي احياي اكسيد كروم انجام ميگردد و محصول نهايي كروم و آلومينا ميباشد. در شرايطي كه پودرهاي اوليه بهمدت دو ساعت فعال سازي مكانيكي (آسيابكاري) شوند، واكنش ها كامل شده و كاربيد كروم (2Cr3C) توليد ميشود. نتايج سنتز مكانوشيميايي نشان داد كه حين سنتز، واكنش آلومينوترمي به صورت تدريجي انجام مي شود به طوريكه پس از 5 ساعت آسياب كاري به دليل احياي اكسيد كروم توسط آلومينيوم و انحلال كربن در شبكه كروم فلزي، پيك هاي ضعيفي مربوط به كاربيد كروم مشاهده گرديد. نتايج فازيابي نشان داد كه محصول كاربيد كروم 2Cr3C پس از حدود 7 ساعت آسياب كاري تشكيل مي گردد. آلومينا كه محصول جانبي اين واكنش ميباشد به صورت آمورف تشكيل شد كه پس از زينتركردن پودر در دماي 1100 درجه سانتيگراد به مدت يك ساعت به صورت كريستالي در نمودار پراش اشعه ايكس ظاهر گرديد.

واژه هاي كليدي:
سنتز احتراقي، سنتز مكانوشيميايي، كاربيد كروم، آلومينوترمي.

مقدمه
كاربيـد كـروم يكـي از كاربيـدهاي گـروه شـشم جـدول تن اوبيميباشد كه به دليل خواص منحصر به فرد، در چند دهـه گذشـتهمورد توجه مهندسين و صنايع مختلف قرار گرفته اسـت. از ميـانكاربيدهاي كروم ( 6 23 3 7 2 3Cr C3 2 ،(Cr C ,Cr C ,Cr C از نظـراينك ه مجموع ه اي از خ واص از جمل ه س ختي ب الا، مقاوم تپوششي بسيار عالي، دانسيته كم و پايداري شيميايي خوب را داراميباشد، بسيار حائز اهميت است [1 ]. اين تركيب مقاومت بـسياربالايي در مقابل خـوردگي و اكـسيداسيون تـا دمـاي 900 درجـهسانتيگراد از خود نشان ميدهـد و در 1813 درجـه سـانتيگـرادتجزيه ميشود. اين ماده در توليد پوششهاي اسپري حرارتي نيـزبه كار برده ميشود و سخت تر از فولاد ميباشـد . وقتـي كـه ايـنم اده ب ا ي ك زمين ه فل زي هم راه ش ود، پوش شه اي مق اوم ب ه خوردگي و سايش به دست مي آيد كـه از لحـاظ قيمـت مناسـببوده و براي ايجاد پوشش نيز آسان مـيباشـد . ايـن پوشـشهـا ازطريــق اســپري حرارتــي و جوشــكاري بــر روي ســطح اعمــالميشوند. عمده كاربردهاي كاربيدهاي كروم شامل پودر اسـپريحرارتي براي كاربردهاي مقاوم به خـوردگي و سـايش [2 و 3] و ق سمته اي مختل ف ماش ين، الكترودهـاي جوش كاري ب رايروكش كردن سخت، وسائل ويژه با حداكثر مقاومـت شـيميايي، تقويتكنندههاي مواد كامپوزيتي، جايگزين پوششهاي معمـولاز قب يل كروم سخت و ايجاد پوشش بر روي الياف كـربن جهـتافزايش ترشـوندگي اليـاف مـيباشـد [4]. كاربيـدهاي كـروم بـهروشهاي مختلفي مانند ذوب و سـريع سـرد كـردن [5]، فرآ ينـدترميت1 [6]، واكنش كربومنيزيومتري، كربوره كردن2 فلز كـرومو اك سيد ك روم [7] و تركي ب آلياژس ازي مك انيكي و عملي ات حرارتي بعدي [8]، قابـل توليـد هـستند. اسـتفاده از ايـن روشهـابراي توليد كاربيد كروم اغلب نياز بـه دماهـاي بـالا و زمـانهـايطولاني دارد . سنتز احتراقي از جمله روشهاي توليد مواد پيشرفتهميباشد كه به دليـل سـادگي تجهيـزات، هزينـه پـايين و سـرعتتوليد بالا در سالهاي اخير مورد توجه قرار گرفته است. در موردســنتز احتراقــي، در مراجــع مختلــف تنهــا بــه اســتفاده از روشآلومينوترمي براي توليد كروم فلزي خـالص از اكـسيد آن اشـارهشده است . توليد كاربيدهاي واناديوم (VC وV2C ) با اسـتفاده ازپودره اي اولي ه اك سيد وان اديوم (5V2O)، آلوميني وم و ك ربن و تحت شرايط واكنش خودانتشاري 3 (SHS) گزارش گرديـد [9].
روش سنتز مكانوشيميايي نيز مزايايي همچـون انجـام واكـنش درحالت جامد، خلوص بالاي محصول، توليد مـواد بـا سـاختارهايمختلف و ايجاد پودرهاي دانهريز بـراي مـصارف بعـدي را دارد.
بسياري از تركيباتي كه به روشهاي ديگر قابل توليد نميباشـند،بهوسيله سنتز مكانوشيميايي قابل توليد هستند. سنتز مكانوشيمياييبا استفاده از واكنش آلومينوترمي در توليد مواد مختلفي از جملـهآلياژ برنج با استفاده از پودرهايZnO ،CuO ، آلومينيـوم، كـربن[10] و توليد نانو كامپوزيت 3Fe3Al-Al2O با استفاده از مخلـوطترميت گزارش شده است [11]. با وجود اينكه تحقيقـات زيـاديدر رابطه با توليد مواد مختلف به وسيله اين دو روش انجـام شـدهاست اما در زمينـه توليـد كاربيـدها بـه خـصوص كاربيـد كـروم،مطالعه علمي چنداني صورت نپذيرفته است. هدف از اين تحقيـقتوليد كاربيد كـروم بـه روش سـنتز احتراقـي و مكانوشـيميايي بـااستفاده از واكنش آلومينوترمي است.

مواد و روش تحقيق
مواد و تجهيزات
مواد اوليه مورد استفاده در اين تحقيق شامل پودر اكسيد كروم باخلوص 96/99%، پودر آلومينيوم با خلوص 99/99%، پودر كـربنبا خلوص 8/99% (همگي ساخت شركت مرك4 آلمان) و الكـلاتانول جهت ايجاد چسبندگي بين پودرهـا قبـل از متـراكمسـازيبود. از تجهيزات ي شامل تـرازوي ديجيتـالي مـدل كـالج 5 بـا دقـت001/0 گرم براي توزين پودر، پرس سرد 12 تني بـا تـوان اعمـالفـشار 2 Kg/cm315 جهـت متـراكمسـازي پـودر اوليـه، دسـتگاهخشككن و دستگاه آسياب سيارهاي گلولهاي جهت فعالسازي پودر اوليه و آلياژسازي مكانيكي استفاده گرديـد. اشـتعال نمونـهنيز با استفاده از يك مشعل استيلني انجام شد. سنتز مكانوشيمياييدر آسياب گلولهاي سيارهاي با سرعت چرخش محفظه 600 دوربر دقيقه، با نسبت وزني گلوله به پـودر برابـر 20 و تحـت اتمـسفرآرگون انجـام گرديـد . بـراي بررسـي نمونـههـا و تعيـين فازهـايتــشكيل شــده، از ميكروســكوپ نــوري مــدلOLYMPUS CK40M و دسـ تگاه آنـــاليز پـــراش اشـــعه ايكـــس(XRD) م دلX-Ray Diffractometer, Bruker, D8ADVANCE Germany استفاده گرديد. در اين دستگاه بـراي آنـاليز از تيـوبCu، فيل تر نيكل و تابشCu-kα با طول مـوج 5406/1 آنگـستروماستفاده شد. زاويه شروع آناليز θ = 20º2، زاويه پايان θ = 80º2، ن رخ روب ش 05/0 و ان دازه گ ام روب ش 05/0 درج ه انتخ اب
گرديد. آناليز با ولتاژ KV40 و جريان 30 ميليآمپـر انجـام شـد.

شكل (1): نمونه قبل و پس از سنتز خودانتشاري.

روش انجام آزمايش
براي تهيه نمونه در سنتز احتراقي، ابتدا مقدار 7 گرم از پودرهـاياكسيد كروم، كربن و آلومينيوم مطابق واكنش (1) توزين شدند.
به دليل تأثير مقدار آلومينيوم بر گرمازايي واكـنش آلومينـوترمي[9] و همچنين به منظور جبران تلفات كـربن، مقـدار آلومينيـوم وكربن به ميزان پـنج درصـد بـيش از حـد اسـتوكيومتري انتخـابشدند. پس از مخلوطسازي پودرها با اتانول، مخلوط تحت فـشار 2Kg/cm 50 پرس سـرد شـد. نمونـه بـه دسـت آمـده (قطـر 10 وارتفاع تقريباً 15 ميلي متر) بعد از خارجسازي از قالب به مدت نيمساعت در آون در دمـاي 150 درجـه سـانتيگـراد قـرار گرفتـه وكاملاً خشك گرديد. سپس نمونهها تحت اتمسفر محيط و يا زيرپودر آلومينا بـراي محافظـت از اتمـسفر، توسـط مـشعل اسـتيلنيمشتعل گرديدند . روش مشعل استيلن يا احتـراق كـردن نمونـه ازيك انتها براي سنتز خودانتشاري به كار ميرود. در اين روش بـه كمك گرماي ناچيز اوليه، واكنش به طور خود به خـودي انجـامميشود. در صورت استفاده از كوره بـا اتمـسفر كنتـرل شـده نيـزامكان انجام واكنش وجود دارد كه شرايط مربوط به آن مي تواند در كارهاي آتي بررسي گردد. در يك سري از آزمايشها بـرايفعالسازي مكانيكي پودر قبل از توليد نمونه، پودرهـاي اوليـه بـهمدت 2 ساعت تحت اتمسفر آرگون و به وسيله دسـتگاه آسـيابگلولهاي سيارهاي آسياب شدند. در مورد سنتز مكانوشيميايي نيـزپودرهاي اوليه طبق واكنش (1) و با مقدار آلومينيـوم و كـربن بـه
مي زان پ نج درص د ب يش از ح د اس توكيومتري انتخ اب ش دند .
نمونههاي هفت گرمي به همـراه پـنج گلولـه فـولادي در محفظـهآسياب قرار گرفته و تحت اتمسفر آرگون در زمانهاي مختلـف
2، 5، 7 و 10 ساعت آسيابكاري شدند.
3Cr O23 +6Al+ =4C2Cr C32 +3Al O23 (1)

نتايج و مباحث
3-1- سنتز احتراقي
سنتز خودانتشاري نمونه تحت دو شـرايط اسـتفاده از پـودر اوليـهبدون آسياب كاري و آسيابكاري شده به مدت دو ساعت انجامشد.
3139

Cr O +

C → Cr C +

CO
2 o2 3 2 3 2 2 (2) Δ =G 1078190−777 94T (J)
/
358949-81527

2Al+O = Al O o 2 2 3 (3)
Δ =−G1676000+320T(J)
352091-81527

2Cr +O = Cr O o223 (4)
Δ =−G1120300+ 260T(J)
229409-80765

C+O = CO o2 (5) Δ =−G111700−87 65T(J)
/
با در نظر گـرفتن روابـط (2)، (3)، (4) و (5) و تركيـب روابـط وانجام محاسبات ترموديناميكي، تغيير انرژي آزاد واكـنش (1) بـهصورت زير به دست مي آيد:
3Cr O +6Al+ =4C2Cr C +3Al O
(1) 2 3Δ =G2 3o1494580−587T 3 2(J) بر اين اساس، دماي آدياباتيك واكنش برابـر بـا K 2546 (2273 درجه سانتي گراد) ميباشد. اين دما از معيـار خودانتـشاري بـودنمرزانوف (دماي K1800) خيلي بيشتر است و واكنش به راحتـيتحت شرايطSHS انجام ميشود. شكل (1) نمونه قبـل و پـس ازسنتز خودانتشاري را نشان مي دهد.

3-1-1- واكنش SHS بدون فعال سازي پودر اوليه شكل (2) نمودار پراش اشعه ايكس نمونه به دست آمـده پـس ازس نتز خودانت شاري را ن شان م ي ده د. هم انطوري ك ه م شاهده ميشود در اين نمودار دو فاز اصلي اكسيد كروم و 3Al2O وجود دارند. مشاهدات عيني از انجام واكنش بـه صـورت خودانتـشاري و فازهاي تشكيل شده نشان ميدهد كه تنها واكنش آلومينوترميرخ داده است. بدين صورت كه در اثر گرماي اوليه وارد شده بـهنمونه، آلومينيوم ذوب شده و با اكسيد كروم واكنش داده اسـت.
به دليل گرمازا بودن اين واكنش، جبهه احتراقـي نيـز بـه صـورتخودانتشاري پيش رفته و همزمان به دليل وجود اكـسيژن، كـرومفلزي توليد شده و كربن نيـز اكـسيد مـي گردنـد . در ايـن شـرايطكربن گرماي اضافي را براي پيش روي واكنش فراهم ميكنـد وهيچ تأثيري بر محـصول واكـنش نـدارد. از ايـن رو دو محـصولاصلي واكنش شامل آلومينا (اكسيد آلومينيـوم) و كاربيـد كـروم ميباشند.
3-1-2- واكنش SHS با استفاده از پودرهاي فعال سازي شده مكانيكي

710946-2601374

شكل (2): نمودار پراش اشعه ايكس نمونه سنتز احتراقي بدون فعال سازي پودر اوليه.
فعالسازي مكانيكي از طريق آسـيابكـاري يكـي از روشهـايافزايش انـرژي سـطحي و كـاهش دمـاي آدياباتيـك بـراي سـنتزاحتراقـــي مـــواد بـــا گرمـــازايي واكـــنش كـــم مـــي باشـــد (روش MASHS)6 [12]. يكي از مزيـتهـاي ديگـر آن، كـه دراين تحقيق مورد توجه قرار گرفته است، ايجاد سـاختار لايـهاي وانحلال مواد در حالت جامد ميباشد. در صـورت آسـيابكـاريپ ودر اولي ه، ك ربن ب ه ص ورت آزاد در مع رض اك سيژن ق رارنميگيرد. در اين سري از آزمايشها براي كنترل بيشتر اتمسفر وجلوگيري از نفوذ اكسيژن، نمونه قبل از سنتز در زير پودر آلوميناقرار گرفت . شكل (3) نمودار پراش اشعه ايكس نمونه سنتز شـدهتح ت اي ن ش رايط را ن شان م ي ده د. هم انطوري ك ه م شاهده ميگردد، فاز كاربيد كـروم (2Cr3C) بـه همـراه محـصول جـانبي3Al2O تشكيل شده اسـت . پيـك هـاي اصـلي مربـوط بـه كاربيـدكــ روم در زوايــ اي Ө2 برابــ ر 82/32، 12/35، 8/36، 27/39،
47/40، 82/42، 17/43، 77/45، 82/46، 67/47، 22/48، 92/48 و 17/66 درجه وجود دارنـد. وجـود پيـكهـاي ضـعيف اكـسيدكروم در زوايايӨ 2 برابر 62/33، 22/36، 87/54، 52/63، 1/65 و 8/72 درجه نشان ميدهد كه مقـداري اكـسيد كـروم در نمونـهحضور دارد . وجود اكسيد كروم ناشي از عدم واكنش مواد اوليـهنمي باشد بلكه به دليل اكسيد شدن مجدد كروم فلزي توليد شـدهحين واكنش است كه با كنترل بيشتر اتمسفر ميتـوان از تـشكيلآن جلوگيري نمود.
محققان ديگري نيز كه از روش مكانيكي – حرارتـي بـراي توليـدكاربي د ك روم اس تفاده نمودن د، ت شكيل 2Cr3C و 3Cr7C را ب ه همراه 3Al2O وCr گزارش كردنـد [8]. يكـي از دلايـل تـشكيل كاربيد كروم 3Cr7C در كار آنها ميتواند مربوط به عـدم وجـودكربن كافي براي واكنش باشد. در مقايسه با كار آنها، در تحقيـقحاضر تنها محصول كاربيد كروم 2Cr3C توليد گرديد.

714756-2610616

شكل (3): نمودار پراش اشعه ايكس نمونه سنتز احتراقي با 2 ساعت فعالسازي پودر اوليه.

شكل (4): توزيع و اندازه فاز كاربيد كروم در نمونه پس از سنتز خودانتشاري.

شكل (4) تصوير ميكروسكوپ نوري از نمونه پوليش و اچ شـدهرا نشان مي دهد. همانطوري كه مشاهده مي شود كاربيد كـروم بـهصـورت ذرات درشـت بـا ابعـاد در محـدوده 40 تـاμm 200 در زمينه پراكنده شده اسـت. فـاز زمينـه كـه محـصول جـانبي توليـدكاربيد كروم يعني آلومينا ميباشد داراي تخلخل بوده و به خوبيمشاهده نمي گردد.

شكل (5): مقايسه نمودار هاي پراش اشعه ايكس پس از زمان هاي مختلف آسياب كاري.

بر اساس نتايج به دست آمده، توليد كاربيد كروم بـه روش سـنتزخودانتشاري تنهـا در شـرايط اسـتفاده از پـودر فعـالسـازي شـدهمكانيكي امكانپذير است. در مقايسه بـا ديگـر روشهـ اي توليـدبراي كاربيد كروم، از جمله واكـنش مخلـوطCr-C در 1400 تـا1800 درجه سانتيگراد براي زمانهاي طولاني (20 تا 40 ساعتتحت اتمسفر احيـايي) [13] و تركيـب آلياژسـازي مكـانيكي (تـاچند ساعت ) و عمليات حرارتـي بعـدي در زمـان و دماهـاي بـالا[8]، روش سنتز احتراقي بر پايه آلومينـوترمي كـه در ايـن پـروژهاستفاده گرديد داراي چندين مزيت مي باشد. از جمله مزايـاي آنميتوان به زمان كمتر فرآيند (در حد چند ثانيه) تجهيـزات سـادهو آسان و عدم نياز به صرف انرژي بالا اشاره نمود.
3-2- سنتز مكانوشيميايي
نت ايج آن اليز پ راش اش عه ايك س پ س از زم ان ه اي مختل ف آسيابكاري در شكل (5) نشان داده شده است. از نمودار پراشاشعه ايكس نمونه 2 ساعت آسياب شده مشاهده ميشود كه پساز اين زمان هـيچ گونـه واكنـشي رخ نـداده اسـت و تنهـا پهنـايپيكها به دليل ريز شدن ذرات و افزايش كرنش داخلـي شـبكه،بيشتر شده است. در نمودار پـراش اشـعه ايكـس نمونـه 5 سـاعتآسياب شده پيك هاي ضعيفي مربوط به كاربيد كـروم 2Cr3C در زوايايӨ 2 برابـر 275/39، 475/40، 825/46، 675/47، 225/48 و 925/48 درجه ظاهر شـدند و شـدت پيـكهـاي اكـسيدي نيـزكاهش يافت . وجود پيكهاي ضعيف كاربيد كروم و باقيماندن پيكهاي اصلي اكسيد كروم بيانگر شروع واكنش توليد كاربيـداست. حذف پيك هـاي كـربن مـيتوانـد مربـوط بـه خـصوصيتفيزيكي نرم بودن آن و آمورف شدن تحت شرايط آسيابكاري باشد. آمورف شدن كربن در حين آسياب كاري در مراجع ديگـرنيز گزارش شده است [10]. پس از 7 ساعت پيكهاي مربوط بـهكاربيد كروم شدت بيشتري يافته و چندين پيـك در زوايـايӨ 2 برابـــر 82/32، 42/35، 82/42، 17/43، 77/45 و 17/66 درجـــه ظاهر ميگردند. با افزايش زمان آسيابكاري تا 10 سـاعت هـيچتغييري در نمودار پراش اشعه ايكس مشاهده نشد. بر ايـن اسـاسميتوان گفت كه واكنش توليد كاربيـد كـروم پـس از 7 سـاعت كامل شده اسـت. در نمـودار پـراش اشـعه ايكـس نمونـه 7 و 10 ساعت آسيابكاري شده اثري از محصول جانبي آلومينا مشاهده نگرديد و تنها افزايش زمينـه در نمودارهـاي پـراش اشـعه ايكـسآشكار بود . دليـل افـزايش مقـدار زمينـه در نمـودار پـراش اشـعهايكس، تشكيل فاز آلومينا بـه صـورت آمـورف مـيباشـد . بـرايتأيي د اي ن مطل ب، پودره اي ب ه دس ت آم ده پ س از 7 س اعت آس ياب ك اري ب ه م دت ي ك س اعت در دم اي 1100 درج ه سانتيگراد تحت اتمسفر آرگون قرار گرفت. نمودار پراش اشـعهايك س نمون ه پ س از زينترين گ در ش كل (6) ن شان داده ش ده اس ت. هم انطوري ك ه م شاهده م ي ش ود دو ف از كاربي د ك روم (2Cr3C) و محصول جانبي 3Al2O در نمودار ظـاهر گرديـدهانـد .
بر خلاف نمودار پراش اشعه ايكس نمونه قبـل از زينترينـگ كـهمقدار زمينه زياد داشـت، ايـن نمـودار زمينـه كمتـر و پيـكهـايواضحتري دارد . دليـل ايـن مـسئله نيـز مربـوط بـه بلـورين شـدنآلومينا، آزاد شدن كرنش شبكه و افزايش اندازه دانه ميباشد.

723140-2611535

شكل (6): نمودار پراش اشعه ايكس نمونه آسياب شده به مدت 7 ساعت و زينتر شده در C◦1100.
ممكن است كه مقداري از كاربيد كروم تشكيل شده نيز آمورفباشد زيرا با زينتر كردن نمونه، پيكهاي مربوط به كاربيد كـرومنيز به طور واضحتري مشاهده ميشوند. ولي دليـل ايـن مـسئله راميتوان اين طور بيان كرد كه ماده اوليه واكنش (اكـسيد كـروم) بلورين بوده است و پس از احيا بـه وسـيله آلومينيـوم، فلـز كـروم بلورين حاصل ميشود و در اثر فرآيند نفـوذ كـربن در شـبكه بـهصورت كاربيد كروم بلورين توليد ميشود ولي آلومينا محـصولجانبي واكنش در طي فرآيند اسـت. تـشكيل آلومينـاي آمـورفحين سنتز مكانوشيميايي آلومينايد آهن با استفاده از پودر اكـسيدآهن توسط محققان ديگري نيز گزارش شده است [11].
حين آسياب كاري در اثـر برخـورد گلولـه هـا و ايجـاد تغييـر فـرمشديد، افزايش دماي موضعي و افزايش نقايص شبكه رخ مي دهد و باعث ميشود كه واكنش آلومينوترمي بـه صـورت تـدريجي ودر حالت جامد انجام گردد. با احيـا شـدن اكـسيد كـروم توسـطآلومينيوم، كربن موجود كه در اثر آسيابكاري به صورت تقريباًآمورف در آمـده اسـت بـا كـروم فلـزي واكـنش مـيدهـد . ايـنواكنش نيز به صـورت تـدريجي و بـا مكـانيزم انحـلال كـربن درشبكه كروم فلزي و سپس تشكيل كاربيد كروم روي ميدهد. بـهدليل وجود اتمسفر آرگون، امكان اكسيد شدن كروم فلزي پـساز واكنش آلومينوترمي وجود ندارد و كـربن موجـود در سيـستمنيز نمي تواند از بين رود.
در مقايسه با ديگر روشهاي توليد براي كاربيد كـروم، از جملـهواكــنش كربــوترمي مخلــوطCr-C در 1400 تــا 1800 درجــه سـانتي گـراد ب راي زمـانه اي طـولاني (20 ت ا 40 سـاعت تح تاتمسفر احيايي ) [8 و 13]، در روش سنتز مكانوشيميايي با استفاده از واكنش آلومينوترمي ديگر نيازي به دما و زمان بالا نميباشد وفرآيند سن تز با توجه به انـرژي اكتيواسـيون بـالاي واكـنش انجـامميگـردد . بـا وجـود بـالا بـودن دمـاي آدياباتيـك (2273 درجـهسانتيگراد بر طبق محاسبات ترمودينـاميكي انجـام شـده در ايـنتحقيق)، واكنش آلومينوترمي به صورت تدريجي انجام گرديـد.
اين در حالي است كه محققان ديگري [10] گزارش ك ردنـد كـهدمـ اي آدياباتيـ ك واكـ نش، معيـ اري بـ راي انجـ ام واكـ نشمكانوشيميايي به صورت آني يا تدريجي است. بر طبـق گـزارشآنها در دماي آدياباتيك بالاي K1800 (دماي معيار مرزانـوف )، واكنش مكانوشيميايي به صورت آني انجـام مـيشـود . بـا وجـوداينكه دماي آدياباتيك سيستم در نظر گرفته شده در كـار حاضـردر حدود K2550 محاسبه گرديد، مكانيزم واكنش آلومينوترمي بـ ه صـ ورت تـ دريجي بـ ود. بـ ه طوريكـ ه پـ س از 5 سـ اعت آسيابكاري، پيكهاي ضعيفي مربوط به كاربيد كروم مـشاهدهگرديد و پس از 7 سـاعت، توليـد كاربيـد كـروم بـه طـور كامـلانجام شد . در مورد سنتز مكانوشيميايي نيز تنهـا محـصول كاربيـدكروم 2Cr3C به دست آمـد. ايـن در حـالي اسـت كـه در برخـيروشهاي ديگر توليد محصولهاي مياني به همراه كاربيد كـروم[13] و توليد ديگر فازهاي كاربيدي گزارش گرديـده اسـت [8].
همچنين بـه دليـل ناكـافي بـودن مقـدار آلومينيـوم بـراي تـشكيلتركيبهاي بينفلزي در سيستمCr-Al ، ايـن تركيبـات در پـراشاشعه ايكس مشاهده نگرديد.

4- نتيجهگيري
توليد كاربيد كروم از اكـسيد كـروم بـه روش سـنتزMASHS و سنتز مكانوشيميايي بر پايه واكنش آلومينوترمي امكانپذير است .
در مورد سنتز احتراقي ميتوان گفـت در اثـر گرمـاي اوليـه واردشده به نمونه، آلومينيـوم ذوب شـده و بـا اكـسيد كـروم واكـنشميدهد. در شرايط استفاده از پـودر فعـالسـازي نـشده، بـه دليـلگرمازا بودن اين واكنش، جبهه احتراقي به صورت خودانتـشاريپيش رفته و همزمان به دليل وجود اكـسيژن، كـروم فلـزي توليـدشده و كربن نيز اكسيد ميگردند. در اين شرايط كـربن ، گرمـاياضافي را براي پيش روي واكنش فراهم ميكند و هيچ تأثيري برمحصول واكنش ندارد. فعالسازي مكانيكي پودر اوليه بـه مـدتدو ساعت توسط آسـياب گلولـهاي سـيارهاي باعـث شـد كـه درنمونه، كربن آزاد براي واكنش وجود نداشته باشد. به همين دليلواكنش توليد كاربيد كـروم از كـروم فلـزي بـه طـور همزمـان بـاواكنش آلومينوترمي انجام شد. دماي آدياباتيك بـالاي واكـنش(2273 درجه سانتيگراد) و تغييرات ساختاري پودر اوليـه در اثـر فعالسازي مكانيكي باعث توليد همزمـان كاربيـد كـروم در ايـنتحقيق شد . آناليز پراش اشعه ايكس نـشان داد كـه تنهـا محـصول كاربيدي به دست آمده، 2Cr3C مـيباشـد و هـيچ يـك از ديگـركاربيدهاي كروم در شرايط انتخاب شده تشكيل نميگردنـد . در مورد سنتز مكانوشيميايي در اثر برخورد گلولـههـا و ايجـاد تغييـر ف رم ش ديد، اف زايش دم اي موض عي و اف زايش نق ايص ش بكه،واكنش آلومينوترمي به صورت تدريجي و در حالت جامد انجامميگـردد . نتـايج فازيـابي نـشان داد كـه محـصول كاربيـد كـروم2Cr3C پـس از حـدود 7 سـاعت آلياژسـازي مكـانيكي ت شكيلميگردد. آلومينا كه محـصول جـانبي ايـن واكـنش مـيباشـد بـهصورت آمورف تشكيل شد كه پس از زينترينگ پودر در دمـاي1100 درجـه سـانتيگـراد بـه م دت يـك س اعت ب ه ص ورت كريستالي در نمودار پراش اشعه ايكس ظاهر گرديد.

5- مراجع
P. Hugh, Handbook of Refractory Carbides and Nitrides, New Jersy, pp. 100-117, 1996.

J. Romero and A. Lousa, “Nanometric Chromium/Chromium Carbides Multilayars for Tribological Application”, Surface and Coating Technology, Vol. 163, pp. 392-397, 2003.

J. Esteve and J. Romero, “Cathodic Chromium Carbide Coating for Die Application”, Surface and Coating Tech., Vol. 188, pp. 506-510, 2004.

A. Omayma, M. H. Abou Tabl, Z. Abdel Hamid and S. F.
Mostafa, “Electroplating of Chromium and Cr-Carbide Coating for Carbon Fiber”, Surface & Coatings Technology 201, pp. 1357-1362, 2006.

A. Inoue and T. Masumoto, “Formation of None Equilibrium Cr3C Carbide in Cr-C Binary Quenched Rapidly from the Melt”, Scripta Metallorgica, Vol. 13, pp.
711-715, 1979.

روش هاي
K. Hirota, K. Mitani and M. Yoshinama, “Simultaneous Synthesis and Consolidation of Chromium (Cr3C2, Cr7C3 and Cr23C6) Carbides by Pulsed Electric-Current Pressure Sintering”, Mat. Sci and Eng A., Vol. 399, pp. 154-160, 2005.
S. Loubiere and Ch. Laurent, “A Metastable Chromium Carbide Powder by Carburization of a Metastable of Chromium Oxide”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 234, pp. 889-895, 1997.
O. Mitsuyuki Cintho and E. Aparecida Peixoto Favilla, “Mechanical – Thermal Synthesis of Chromium Carbides”, Journal of Alloys and Compounds, 439, pp. 189-195, 2007.
R. Venugopalan and D. Sathiyamoorthy, “Investigation Through Factorial Design on Novel Method of Preparing Vanadium Carbide Using Carbon During Aluminothermic
[6]6- پينوشت
Thermit Process
Carburization
Self-Propagating High-Temperature Synthesis
Merck [7]
College
Mechanically Activated Self-Propagating High-
Temperature Synthesis
[8]

[9]

Reduction”, Journal of Materials Processing Technology
176, pp. 133-139, 2006.

M. S. Marashi and J. Vahdati Khaki, “The Effect of Aluminothermic Reaction on the Progress of Carbothermic Reaction in Simultaneous Mechanochemical Reduction of
CuO and ZnO”, Journal of Alloys and Compounds 482, pp. 522-525, 2009.

M. Khodaei, M. H. Enayati and F. Karimzadeh,
“Mechanochemically Nanocomposite”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. Synthesized Fe3Al-Al2O3
467, pp. 159-162, 2009.
S. Paris, E. Gaffet, F. Bernard and Z. A. Munir, “Spark Plasma Synthesis from Mechanically Activated Powders: a
Versatile Route for Producing Dense Nanostructured Iron Aluminides”, Scripta Materialia 50, pp. 691-696, 2004.

A. “Thermodynamics of Reduction and Carbide Formation in Popov, P. N. Ostrik and M. M. Gasik, the Cr-C-O System”, Izv Vyssh Uchebn Zaved Chrn
Metall, 29, pp. 1-3, 1986.



قیمت: تومان


پاسخ دهید